具有用于锚固接触端子的多孔半导体区域的光伏电池、电解和蚀刻模块以及相关生产线制造技术

本公开涉及具有用于锚固接触端子的多孔半导体区域的光伏电池、电解和蚀刻模块以及相关生产线。提出了一种光伏电池，所述光伏电池包括由半导体材料构成的基板以及多个接触端子，所述接触端子中的每一个布置在所述基板的对应接触区上，以收集由光在所述基板内产生的电荷。对于所述接触中的至少一，所述基板包括至少一个从所述接触区延伸到所述基板内的用于将整个对应的接触端子锚固到所述基板上的多孔半导体区域。在根据本发明专利技术的实施例的解决方案中，每一个多孔半导体区域的孔隙度随着背离接触区向基板内移动而减小。还提出了用于处理光伏电池的一种蚀刻模块和一种电解模块、一种用于制造光伏电池的生产线以及一种用于制造光伏电池的过程。

【技术实现步骤摘要】
具有用于锚固接触端子的多孔半导体区域的光伏电池、电解和蚀刻模块以及相关生产线本分案申请是2011年3月11日递交的题为“具有用于锚固接触端子的多孔半导体区域的光伏电池、电解和蚀刻模块以及相关生产线”的中国专利申请NO.201180020401.8的分案申请。
根据本专利技术的一个或多个实施例的解决方案涉及光伏应用领域。更具体而言，这一解决方案涉及光伏电池。此外，根据本专利技术的其他实施例的解决方案涉及电解工艺领域以及蚀刻工艺领域。更具体而言，这些解决方案涉及电解模块(例如，用于执行阳极氧化处理和淀积处理)和蚀刻模块，其例如用在光伏电池生产线中。
技术介绍
通常采用光伏电池来将光能转换成电能(又称为借助太阳光使用的太阳能电池)。最常见的太阳能电池类型是以半导体基板(例如，由硅构成)为基础的，其中，在基板的正面和背面之间形成PN结；被基板的正面吸收的太阳光产生电荷(即，电子-空穴对)，由此向外部负载提供对应的电流。每一太阳能电池通常具有处于正面上的正面接触端子和位于背面上的背面接触端子，这些端子用于太阳能电池至外部负载的连接。背面接触端子可以延伸遍及整个背面(因为太阳光通常无法抵达背面)，因而其可以相对较薄。相反，应当使正面接触端子维持尽可能小，从而限制其遮蔽正面的阳光(例如，采用具有窄接触条的格栅的形式)；因此，正面接触端子应当相对较厚(以降低其沿正面上的接触条的电阻)。本领域已知的各种太阳能电池的一个问题在于：难以将接触端子保持固定到基板上，尤其是对于正面接触端子，因为其尺寸小，厚度大。实际上，即使每一接触端子轻微失去粘附也会涉及其接触电阻的不均匀性或不稳定性，从而导致电流集中在接触端子的其余部分上；结果，接触端子随着其逐渐失去粘附而发热。所有上述问题都对太阳能电池的效率具有不利影响。出于这一目的提出了几项改善基板上的正面接触端子(以及背面接触端子)的粘附的技术。例如，一项已知的技术基于施用金属糊料(例如，通过丝网印刷法)，之后执行焙烧处理(以便将所述金属糊料锚固到所述基板上)。然而，所述焙烧处理要求应用非常高的温度(400-750℃的量级左右)，这将对太阳能电池引起机械应力(因为其材料的不同热膨胀系数)。因此，必须使太阳能电池保持相对较厚(例如，具有至少150-200μm的厚度)，以承受这些机械应力而不发生破裂。金属糊料的应用还涉及到高制造成本。此外，金属糊料提供了相对较高的接触端子电阻(其对太阳能电池的效率存在不利影响)。而另一种已知技术则基于在基板的正面上形成沟槽(例如，通过激光烧蚀处理)，之后向其中淀积金属层；这些沟槽相对较深(例如3-60μm)，从而将如此获得的正面接触端子(至少部分地)掩埋到基板内(由此保持机械锚固到所述基板)。然而，所述沟槽将使太阳能电池的机械结构变弱。因此，如上所述，必须使太阳能电池保持相对较厚(以避免其破裂)。也有在太阳能电池的生产中采用多孔硅的，从而在基板的正面上形成抗反射涂层(ARC)。例如，Vinod等人，″Theohmicpropertiesandcurrent-voltagecharacteristicsofThescreen-printedsiliconsolarcellswithporoussiliconsurface″，SolidStateCommunications，Pergamon，GBLNKD-DOI：10.1016/J.SSC.2009.02.019，vol.149，no.23-24，pages957-961，XP026098082ISSN：0038-1098(通过引用将其公开全文并入本文)指出可以通过Ag糊料丝网印刷步骤并继之以对其的焙烧(在725℃)形成接触端子，从而在此条件下制造太阳能电池；之后通过对n+-Si表面的电化学蚀刻形成多孔硅(在大多数情况下Ag接触不具备任何保护涂层)。或者(为了避免对应的问题)，该文献还指出，可以首先形成多孔硅，随后在其上形成Ag接触；之后执行700-825℃的焙烧步骤，并继之以450℃的退火步骤，以促进Ag和n+-Si之间的欧姆接触的形成(通过促使Ag接触中含有的熔融态玻璃粉几乎完全贯穿所述多孔硅层的整个厚度，由此建立长钉状直接Ag-Si互连)。Vinod等人的文献明确指出必须在非常高的温度上执行焙烧步骤(因为“700℃的低温焙烧不足以彻底润湿和蚀刻多孔硅膜的整个厚度”)。在冷却的同时，Ag/Si层再结晶，从而建立了预期的欧姆接触。采用恒定处理参数(即电流密度)执行形成多孔硅的步骤。此外，所述再结晶过程(尤其是诸如Ag/Si层的合金的再结晶过程)通常产生同构结构(例如，参考B.Arzamasov，MaterialScienceEdit，MirPublisherMoscow，Englishtranslation1989，chapter4.3，page91，ISBN5-03-000074-7，通过引用将该公开文献全文并入本文，该文献中阐述了“将再结晶理解为具有较低数量的结构缺陷的新晶粒的成核和生长；再结晶将导致全新的而且最通常为等轴的晶体的形成”并且阐述了“作为规律，再结晶合金在其特性方面是均匀性的，其未显示出任何各向异性”)。此外，在多孔硅形成之后使其受到高温作用倾向于降低浅表孔隙度(例如，参考M.Banerjeeetal.，″Thermalannealing0fporoussilicontodevelopaquasimonocrystallinestructure″，JMaterSci：MaterElectron(2009)20：305-311DOI10.1007/s10854-008-9725-y，通过引用将该公开文献全文并入本文，在该文献中阐述了在热处理之后“将多孔硅转换成了具有光滑表面以及主体内嵌入了很少的空隙的类单晶多孔硅”)。此外，US-A-2009/0188553(通过引用将该公开文本全文并入本文)提出了采用正面上的多孔硅层避免所产生的电荷的复合。或者，可以采用多孔硅层吸取基板的杂质；在这种情况下，对基板退火，从而使杂质扩散到多孔硅层内，之后将所述多孔硅层去除。该文献还提出在促进黏着的多孔硅层上电镀正面接触端子。出于这一目的，在正面上形成沟槽；之后在沟槽内形成多孔硅层，从而为接下来的对应掩埋电接触的电镀提供粘附促进表面(在所述背面上也可以形成另一多孔硅层，从而使其钝化，随后开出窗口，从而通过淀积在这一钝化层之上的金属化层接触所述基板)。在另一实施例中，将金属化层直接淀积在形成于整个背面上的多孔硅层上；在这种情况下，在对应的电接触区域上电镀正面接触端子，所述电接触区域是通过对其上施加了空穴清除剂层的光催化剂层进行有选择地辐射而获得的。最后，在一个不同的实施例中，通过电镀对应的前体电接触而形成正面接触端子；所述前体电接触是通过丝网印刷和蚀刻过程形成于多孔硅层上的。然而，这些技术都面临着相同的如上文所述的缺点，即，由沟槽导致了机械结构的变弱(其要求使太阳能电池保持相对较厚)，并且电接触区域或前体电接触的形成导致了高制造成本。在完全不同的应用中也会用到多孔硅。例如，在WO/2007/104799A1(通过引用将其公开内容全文并入本文)中，在基板上形成多孔硅层，以促进形成于其上的引线的提升，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏电池(100)，包括由半导体材料制成的基板(105；105')和多个接触端子(Tf，Tb)，每个接触端子布置在所述基板的对应接触区(122)上以收集通过光在所述基板内产生的电荷，对于所述接触区中的至少一个，所述基板包括从该接触区延伸到所述基板内的至少一个多孔半导体区域(125，130)，以用于将整个对应的接触端子锚固到所述基板上，其中每一个多孔半导体区域具有随着远离接触区朝向基板内移动而降低的孔隙度。

【技术特征摘要】
2010.03.12 IT MI2010A0004071.一种光伏电池(100)，包括由半导体材料制成的基板(105；105')和多个接触端子(Tf，Tb)，每个接触端子布置在所述基板的对应接触区(122)上以收集通过光在所述基板内产生的电荷，对于所述接触区中的至少一个，所述基板包括从该接触区延伸到所述基板内的至少一个多孔半导体区域(125，130)，以用于将整个对应的接触端子锚固到所述基板上，其中每一个多孔半导体区域具有随着远离接触区朝向基板内移动而降低的孔隙度。2.根据权利要求1所述的光伏电池(100)，其中所述孔隙度从接触区(122)处的70％-90％降低至基板(105，105')中最大深度处的10％-30％。3.根据权利要求1或2所述的光伏电池(100)，其中，每一个多孔半导体区域(125，130)的厚度低于1μm，对应的接触端子(Tf，Tb)穿透到所述多孔半导体区域(125，130)的区域的整个厚度内。4.根据权利要求1所述的光伏电池(100)，其中，每一个多孔半导体区域(125，130)包括接近对应的接触区(122)的具有逐渐减小的孔隙度的外层(325e)和远离对应的接触区的具有均匀的孔隙度的内层(325i)。5.根据权利要求4所述的光伏电池(100)，其中，所述外层(325e)的孔隙度从最大值减小到最小值，并且其中，所述内层(325i)的孔隙度被包含于所述最大值和所述最小值之间。6.根据权利要求4或5所述的光伏电池(100)，其中，所述内层(325i)比所述外层(325e)厚。7.根据权利要求6所述的光伏电池(100)，其中所述内层(325i)的厚度等于所述外层(325e)的厚度的1.5-6倍。8.根据权利要求1所述的光伏电池(100)，其中每一个接触区(122)的所述至少一个多孔半导体区域(125，130)是在接触区(122)的整个表面上延伸的遍布所述表面具有均匀的孔隙度的单个多孔半导体区域(125，130)。9.根据权利要求1所述的光伏电池(100)，其中每一个接触区(122)的所述至少一个多孔半导体区域(125，130)包括遍布所述接触区(122)均匀分布的多个多孔半导体区域。10.根据权利要求1所述的光伏电池(100)，其中，每一个接触区(122)的所述至少一个多孔半导体区域(125，130)具有随着从其边界向接触区内移动而减小的孔隙度。11.根据权利要求10所述的光伏电池(100)，其中每一个接触区(122)的所述至少一个多孔半导体区域(125，130)的孔隙度从在接触区的边界处的最大值降低至在其中心处的等于所述最大值的10％-50％的最小值。12.根据权利要求10或11所述的光伏电池(100)，其中，每一个接触区(122)的所述至少一个多孔半导体区域(125,130)包括多个多孔半导体区域，所述多个多孔半导体区域的浓度和/或尺寸随着从其边界向接触区内移动而减小。13.根据权利要求1所述的光伏电池(100)，其中所述基板(105；105')具有用于吸收光的正面，所述至少一个接触区(122)包括所述正面的至少一个正面接触区(122)以用于对应的至少一个正面接触端子(Tf)，所述至少一个正面接触区(122)和所述至少一个正面接触端子(Tf)具有平的轮廓。14.根据权利要求1所述的光伏电池(100)，其中所述基板(105；105')具有20-100μm的厚度。15.一种制造光伏电池(100)的过程，所述过程包括以下步骤：提供半导体材料的基板(105；105')，该基板(105；105')具有用于吸收光的正面，形成布置在所述正面的对应的至少一个正面接触区(122)上的至少一个正面接触端子(Tf)，用于收集通过光在所述基板内产生的电荷，其中所述至少一个正面接触区和所述至少一个正面接触端子具有平的轮廓，形成所述至少一个正面接触端子的步骤包括：形成从每一个正面接触区延伸到所述基板内的至少一个正面多孔半导体区域(125)，用于将对应的整个正面接触端子锚固到所述基板上，以及化学淀积所述至少一个正面接触端子。16.根据权利要求15所述的过程，其中，在低于350℃的温度执行所述形成至少一个正面接触端子(Tf)的步骤。17.根据权利要求15或16所述的过程，其中，所述形成至少一个正面多孔半导体区域(125)的步骤包括：在黑暗条件下使所述基板(105，10...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·布鲁卡尼，
申请(专利权)人：RISE技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT